立铣加工的成功要素
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一把立铣刀高效切削零件时,每个最终用户、零件买家、刀具制造商和分销商都会感到高兴。但是,要实现这一目标,除了要求刀具沿着正确的刀轨,以能提高生产率的切削参数运行以外,立铣刀本身还必须具备优化的几何刃形、基体和涂层。
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图1 M.A. Ford公司的4刃高效立铣刀对几何刃形和刀尖保护能力进行了优化(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
当一把立铣刀高效切削零件时,每个最终用户、零件买家、刀具制造商和分销商都会感到高兴。但是,要实现这一目标,除了要求刀具沿着正确的刀轨,以能提高生产率的切削参数运行以外,立铣刀本身还必须具备优化的几何刃形、基体和涂层。
根据加工要求对立铣刀各个要素进行优化后,还必须提高刀具制造的一致性。操作者应该能用新刀具每次都加工出相同数量的零件,刀具寿命忽长忽短是不能接受的。若要向用户提供最理想的整体硬质合金立铣刀(而不仅仅是合格刀具),就必须全面考察用户加工的方方面面。通过预设最终加工结果,就可以选用最合适的刀具。
工件材料是一个重要的因素。M.A. Ford公司将客户的工件材料与一种能用该公司现有铣刀刃形有效切削的类似材料进行了对比切削试验。最终向客户推荐了一款稍作修改的高性能标准立铣刀。工件材料的对比切削试验是一种非常有用的工具。
图2 图示的两刃球头立铣刀具有合理的横刃厚度和中心刃形。这种呈“S”曲线的螺旋中心刃是一种先进的刃型设计,可减小切削刃与工件的同时接触长度和切削刃承受的压力(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
图3 图示的两刃球头立铣刀横刃太薄。由于横刃截面过于薄弱,将影响铣刀的切削性能,并最终导致横刃破损。该立铣刀的表面光洁度也较差(切削刃上有明显可见的细小横纹)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
图4 图示的两刃球头立铣刀横刃太厚,这意味着存在较大面积的“死区”,该区域无法参与切削,并会对立铣刀施加更大压力,造出刀具过早失效和/或破损。此外,与“S”形螺旋中心刃相比,该铣刀的直线中心刃切削更吃力,且钝化速度更快(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
在开发加工解决方案时,Advanced Tool公司会结合其专有的磨损分析(Wear Analysis)流程,包括用显微镜检查立铣刀的磨损状况,并对其进行有限元分析,以帮助确定可采取的优化途径。基于这种分析,该公司将确定是否将刀具基体、几何刃形或涂层作为优先优化目标。他们尝试每次切削试验只改变1—2个要素。然后现场取下刀具再进行磨损分析,以确定我们是更接近预定目标,还是与其背道而驰。
例如,当刀具寿命不理想时,则应考虑刀具的几何刃形是否合理,是否需要对立铣刀的芯厚、后角、前角或螺旋角进行调整,以提高其切削性能。刀具制造质量欠佳也会引起一些问题。例如,如果铣刀的横刃太厚,就会在刀尖处形成不能参与切削的“死区”,它会对立铣刀施加更大的压力,导致刀具过快磨损。
然而,最终用户可能并不了解刀具上这些会影响切削效率,并最终缩短刀具寿命的细微差别。用户希望把立铣刀装在夹头上就开始切削,直到下班时再来评估加工效果。
为了获得理想的加工效果,必须采用与工件材料相匹配的刀具基体。一个并未广为人知的事实是,铝很容易与硬质合金中的钴发生粘结。因此,切削铝合金时最好采用钴含量等于或小于6%的硬质合金基体。
较低的钴含量还可以提高硬质合金的硬度,因此,钴含量不超过6%的硬质合金立铣刀可用于切削高磨蚀性材料。但是,对于刀具横向断裂强度要求较高的加工,钴含量为12%的硬质合金基体是更好的选择。在硬质合金中,钴是碳化钨颗粒的结合剂。由于钴的硬度低于碳化钨,因此,减少钴含量可以提高硬质合金刀具的硬度,而增加钴含量会降低刀具硬度,但可以提高其横向断裂强度和韧性。
虽然所有的刀具几何形状都会对优化立铣加工系统发挥作用,但最终都要归结到切削刃的几何形状。在设计刀具时,经常需要进行权衡取舍。例如,较大的前角有利于剪切工件材料和减小刀具变形,但却可能会缩短切削刃寿命。另一方面,刃口制备可以延长切削刃寿命,但当刀具吃刀量较小时,却可能产生“耕犁”或磨擦(而非切削)工件的不利后果。
切削热肯定不是刀具的“朋友”,但在采用耐热涂层的情况下,热量也可以变得“亦敌亦友”。例如,在铣削高韧性材料时,产生的大量切削热有助于成屑和断屑。在此类加工中,许多立铣刀都可以受益于通常用于淬硬材料加工的涂层,因为这种涂层具有很好的耐高温性能。
涂层之前对立铣刀进行预处理,可以改进硬质合金的表面质量,并提高涂层的粘附性,而涂层之后的后处理工艺则能提高涂层的表面光洁度和排屑性能。
在针对某种加工优化解决方案时,所采用的立铣刀往往并非最便宜的刀具,但它肯定物有所值。当用户表示你的刀具较贵时,你需要问他,“你的每把刀具是否每次都能加工出相同数量的零件?”如果并非如此,那你就会付出更高的加工成本。
然而,并不是只有刀具制造商才能对立铣加工的优化发挥作用。经验丰富的用户也会制定自己的立铣加工评判标准。如果用户自己不采取合理、到位的优化措施,就很难改进加工效果,用户在寻找理想立铣刀的同时,也要不断寻找更好的铣削方法和加工解决方案。
本文作者:工具技术
上载于:2016-1-29 16:03:32

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